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汽車轉向系統實驗臺實驗指導

一、結構與原理:
所謂四輪轉向,是指后輪也和前輪一樣具有一定的轉向功能,不僅可以與前輪同方向轉向,也可以與前輪反方向轉向。其主要目的是增強轎車在高速行駛或在側向風力作用下的操縱穩定性,改善低速時的操縱輕便性,在轎車高速行駛時便于由一個車道向另一個車道的移動調整,以減少調頭時的轉彎半徑。
目前的轎車轉向分為前輪轉向(2WS)和四輪轉向(4WS),前者普遍使用,后者是近年出現的一種新技術,主要應用在一些比較高級和新型轎車上。
所謂四輪轉向,是指后輪也和前輪相似,具有一定的轉向功能,不僅可以與前輪同方向轉向,也可以與前輪反方向轉向。其主要目的是增強轎車在高速行駛或者在側向風力作用下的操縱穩定性,改善低速時的操縱輕便性,在轎車高速行駛時便于由一個車道向另一個車道的移動調整,以及減少調頭時的轉彎半徑。

  四輪轉向裝置按照前后輪的偏轉角和車速之間的關系分為兩種類型:一種是轉角傳感型,另一種是車速傳感型。轉角傳感型是指前輪和后輪的偏轉角度之間存在著一定的因變關系,即后輪可以按前輪偏轉方向做同向偏轉,也可以做反向偏轉。車速傳感型是根據事先設計的程序規定當車速達到某一預定值時(通常為35至40公里/小時),后輪能與前輪同方向偏轉,當低于某一預定值時,則與前輪反方向偏轉。目前的四輪轉向轎車既有采用轉角傳感型,也有采用車速傳感型,還有二者兼而用之的。例如馬自達929型轎車的四輪轉向就是具有兩種類型的特點。
   從汽車轉向的基本過程來看,無論采取怎樣的轉向形式,都是使汽車在轉彎時產生重心的平移和繞著重心的轉動,這兩種運動的結合促使汽車完成了轉向的過程。當汽車方向盤的轉角和車速都確定下來的時候,那么前輪轉向汽車的行駛狀態是單一的,而四輪轉向汽車的行駛狀態則會隨著后輪與前輪之間的角度不同或相同而變得多種多樣,這是兩輪轉向和四輪轉向的根本差別所在,也是后者比前者優越的關鍵之處。汽車前輪在做轉向時,會產生一個作用在前輪的側向力,這時后輪也會產生一種離心力,這種作用力就會使車輛在垂直軸線方向上產生一個扭矩,增大了傾翻作用力使車輛不能穩定。而有四輪轉向裝置的汽車,前后輪會相互配合,減弱傾翻作用力,側滑也會減少,從而保障了行車的安全。
   汽車在做直線行駛時,由于受到車速和路面側向風的影響經常會走偏。這時有四輪轉向裝置的汽車的微處理機就會根據車速和前輪轉角加以計算,確定后輪的轉角數值,以變動對變動來保持車子行駛的穩定性。
   四輪轉向轎車的前后輪轉向裝置之間的聯系形式有機械式,也有液壓式、電子式等。目前四輪轉向裝置已將機械、液壓、電子、傳感器及微處理機控制技術緊密結合在一起,在很大程度上改善轎車的轉向特性,提高操縱穩定性。
   四輪轉向系統是一個電子控制后輪操縱系統。該系統有4個主要部分:前輪定位感應器,可操縱的固定偏軸傘齒輪后軸,電動發動機驅動的執行機構,控制單元。
轉向盤位置和車輛速度傳感器不斷將數據傳輸給控制單元,控制單元據此確定后輪的轉向角度。該系統有3種基本狀態——正相、相、中間和負相。在較低速度的負相,后輪與前輪方向相反;中速時,后輪保持直行;高速時的正相,后輪與前輪方向相同。
  高速時后輪與前輪保持相同的方向,可保證更高的穩定性,減少汽車在完成一項操縱動作時產生的偏擺和轉動,使汽車即使在惡劣路面條件下也能在直行、轉向或閃避時保持穩定的操縱響應。
使用該系統,高速行駛時的牽引穩定性也得到提高。后輪的正相狀態會減小主車和拖掛車之間的鉸接角度,減小拖車作用在主車后輪上的側向力,避免主車和拖車的搖擺。
四輪轉向系統同時改善了低速行駛時的操控性,與使用兩輪轉向系統相比,拖車更接近主車的行駛軌跡。在一些特殊行駛狀態下,如市區交通堵塞、拖帶掛車倒車和泊位時,四輪轉向系統大大提高了操控性。
   通過電子化控制后輪的方向,可以減小重型卡車的轉彎半徑。按照通用汽車公司對使用四輪轉向系統的大型SUV和卡車的測試,轉變半徑平均減小了19%。一種重型卡車的轉變半徑從14m減小到11.4m。
(一)葉片式轉向油泵
葉片式轉向油泵按其轉子葉片每轉供油次數和轉子軸的受力情況可以劃分為單作用非卸荷式和雙作用卸荷式兩大類。北京切諾基吉普車采用雙作用卸荷式葉片油泵,如圖所示,由轉子1、葉片2、定子3、軸4、配油盤5和殼體等機件組成。

葉片泵的液壓試驗:
葉片泵工作是否正常除了觀察葉片泵的工作噪音是否明顯增大之外,可以通過葉片泵的液壓試驗來鑒別。其方法是:
1)、在葉片泵的出油管和轉向機的進油口之間串接一個滿量程約為10OMPa的壓力表和一個開關,打開開關;
2)、使轉向盤處于汽車直線行駛位置;
3)、起動發動機,使動力轉向油液達到正常工作溫度(77℃)。此時,壓力表讀數應小于1030kPa,如果超過此限,應檢查轉向器和油管等是否堵塞;
4)、關閉開關(關閉時間不要超過5s),壓力表的讀數應不低于5OMPa;記錄讀數,連續啟閉開關三次,讀數值差應在345kPa以內;如果壓力差和讀數不符合上述規定,應檢查葉片泵溢流閥工作情況以及泵芯(轉子、定子、葉片和配油盤等)的磨損情況。
(二)動力轉向器如下圖所示。

(三)轉閥式分配閥

  其中圖a)所示為汽車處于直線行駛時的狀態,此時分配閥的轉閥2處于中間位置。由轉向油泵輸入的壓力油通過閥體1周圍的油孔進入閥體后,流過轉閥與閥體縱槽槽肩處的間隙(此時左右間隙相同),同時與動力缸的上下油腔相通,使齒條--活塞上下受到的油壓相同,當然就沒有助力作用。進入的壓力油同時又通過轉閥2上的回流孔流回到轉向油泵,形成循環。
  圖b)所示為汽車轉向時的情況。轉向盤轉動分配閥中央的扭桿彈簧3和轉閥2,再通過扭桿彈簧帶動閥體和轉向機螺桿,由于轉向阻力的作用,使扭桿彈簧發生扭轉,造成閥體相對于轉閥轉過了一個角度,這樣就使進油口進入的壓力油只能流向轉閥和閥體縱槽槽肩處間隙變大的一邊,并通過閥體上的出油口流向接通了的動力缸的一側腔室,此時動力缸的另一側腔室就與進油口隔絕,其中的油液通過閥體內另一組縱槽槽肩處間隙變大的另一邊,與轉閥的回油孔相通,形成了泄壓通道。這樣就造成了齒條--活塞的一側受到壓力油的作用,而另一側處于泄壓狀態,這種壓力差就造成了助力作用。
   當汽車直線行駛時,轉閥處于中間位置,來自動力轉向泵的高壓油從轉向器殼體的進油口流到閥體的中油環槽,經過其槽底的通孔進入閥體和轉閥之間,此時因轉閥處于中間位置,所以進入的油液就分別通過閥體和轉閥縱槽槽肩形成的、兩邊相同的間隙,再通過轉閥的縱槽和閥體的縱槽以及它們槽底的孔通向閥體外圓的下油環槽和上油環槽,然后通過殼體的兩條油道與轉向機齒條--活塞的上、下腔相通,使上、下腔油壓相同。此時齒條--活塞即沒有受到轉向螺桿轉動所造成的軸向移動力,又沒有受到兩側動力腔因壓差所造成的軸向力,所以齒條--活塞處于中間位置,轉向助力作用不存在。流入閥體內腔的油液在通過轉閥縱槽和兩邊相同的縱槽側隙后,通過轉閥上的徑向通孔流到轉閥與短軸組件之間的空隙,再流到閥體組件和調整螺塞之間的空隙處,最后經殼體回油口流回轉向油泵儲油罐,形成常流式的油液循環。
   向左轉向時,短軸在轉向軸的驅動下逆時針方向轉動,短軸一方面通過其下端的銷釘30撥動轉閥同步轉動,另一方面又通過其上端的銷釘2撥動扭桿軸上端同步轉動,這個轉動力通過扭桿軸傳給其下端經三角形花鍵固定著的下端軸蓋14,下端軸蓋又通過其圓周邊緣上的缺口傳給固定在閥體上的銷釘29,進而撥動閥體轉動,閥體的轉動就應通過其下端缺口經銷釘16再直接傳給轉向機螺桿,但由于轉向阻力的關系,要撥動轉向螺桿必須有足夠的轉動力矩,這個力矩就使扭桿軸發生彈性扭轉,這樣就造成閥體轉動角度小于轉閥轉動的角度,使閥體和轉閥發生了角位置的錯移,從而使閥體和轉閥的縱槽錯開,造成一側間隙減小,而另一側間隙加大的情況,這樣就使流入閥體的壓力油流向間隙增大的一邊,并通過轉閥的縱槽、閥體上的油孔和閥體外圓的下油環槽,流過轉向器殼體油道進入齒條--活塞的上油腔,使油腔內油壓增高。與此同時,由于轉閥和閥體的相對角位置錯移,同樣造成的另一組縱槽的錯開,使得與閥體的上油環槽相通的一側油道間隙增大,這樣就使齒條--活塞下油腔的油液經過轉向器殼體油道、上油環槽及槽底油孔進入閥體和轉閥的另一組縱槽,并通過增大的間隙和轉閥的油孔流到閥體組件和調整螺塞之間的空隙,再經殼體的回油口流回轉向油泵的儲油罐。由于齒條--活塞的上腔壓力增高,而下腔油液能自由流回儲油罐,壓力很低,這種壓差就造成了對齒條--活塞向下移動的推力,這個推力和轉向時通過扭桿軸下端蓋、閥體下部傳給轉向螺桿的轉向力是相同方向的,因此就起了明顯的助力作用。
   右轉向時的整個情況與左轉向時基本相似,不同的是由于轉向方向相反,造成的閥體和轉閥的角位置錯移相反,以至于進入轉閥的油液經過閥體和轉閥的縱槽和間隙之后,流到轉閥的上油環槽,進而流到動力缸的下腔,而動力缸上腔的油液經過閥體的下油環槽進入閥內之后,經過閥體和轉閥的間隙仍然流到閥體組件與調整螺塞之間的空隙,再通過出油口流回轉向油泵的儲油罐,這樣就造成了齒條一活塞的下腔壓力增高而上腔油液自由回流、壓力很低的情況,這個壓力差對齒條一活塞的向上推力與轉向時通過扭桿軸傳來的轉動力方向一致,因此同樣起到了助力作用。
二、轉向傳動機構的裝配與調整
1、前輪前束的檢查與調整
(1)什么是前輪前束
所謂前束是指兩前輪軸前輪距A小于前輪軸后輪距B的差值。其標準前束值為B-A=0-3毫米,如圖所示。

(2)檢查和調整前輪前束時應先做好的工作
①、輪轂軸承緊度應符合技術要求;
②、輪胎氣壓應符合原車使用規定;
③、為使車輪處于實際工作狀態,消除各運動副之間的間隙,應把汽車停放在平坦緊實的路面上,使兩前輪處于直線行駛的位置,并向前推動一段距離。
(3)檢查方法
①、將前橋頂起使兩前輪懸空。
②、在兩前輪胎面中心處,沿整個圓周涂約20-40毫米寬的白粉筆印跡。
③、在盡可能地靠近胎面中心處安置劃針,轉動車輪,讓劃針在粉筆印跡內沿整個圓周畫出細線標記,如圖所示。

④、放下兩前輪,檢查汽車兩前輪是否處于直線行駛的位置,必要時轉動方向盤進行調整。
⑤、將前束尺針尖的高度調到與前輪中心高度相等,如圖所示。

⑥、用前束尺分別在前橋前面和后面測出兩前輪的輪距A和B。
⑦、將B值減去A值即得前束值。
若所檢測的前束值不符合規定應進行調整。
(4)、調整方法
前束的調整如圖所示。

①、拆下開口銷1,松開螺母2。
②、向上扭轉調整管3,前束值增大;反之前束值減小。
③、調整正確后,扭緊螺母2,裝上開口銷1。
2、轉向角的檢查與調整
汽車的最小轉彎直徑不應大于12米,否則應進行調整。
(1)檢查方法
①、在兩前輪胎面上涂上白灰漿;
②、將方向盤往左、右轉到極限位置,使用低速檔行駛;
③、測出左、右最小轉彎直徑。
若測量結果不符合要求時,應進行調整。
(2)調整方法
①、松開鎖緊螺母;
②、順時針旋入調整螺釘,直到最小轉彎直徑符合規定時為止(注意:將方向盤往左、右轉到極限位置后,車輪不應觸及葉子板等其它機件);
③、調好后扭緊鎖緊螺母。
3.方向盤游動間隙的檢查與調整
(1)什么是方向盤的游動間隙

所謂方向盤的游動間隙是指轉動方向盤時,前輪不發生偏轉而方向盤所能轉動的角度。其標準值應小于14°,方向盤轉動弧長應小于37毫米,如圖所示。

(2)檢查方法
①、使兩前輪處于直線行駛的位置;
②、將游隙檢查器的刻度盤和指針分別夾持在轉向軸管和方向盤上,如圖所示;

③、向左(右)轉動方向盤至感到有阻力時,記下指針所指的位置;再向右(左)轉動方向盤至感到有阻力時為止。此時;指針在刻度盤上所劃過的角度就是方向盤的游動間隙。
若發現游動間隙過大,應查明原因,及時調整,以保修理質量。
(3)調整方法
①、調整前,檢查轉向器、轉向搖臂、聯軸節、轉向拉桿和轉向節各連接和固定部位是否松動,必要時予以緊固和調整。
②、調整轉向器的扇齒和齒條的嚙合間隙。松開鎖緊螺母1,順時針轉動調整螺釘,使嚙合間隙減小,扭緊鎖緊螺母。

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